煤礦用無軌膠輪車液力緩速系統

楊 勇，馬祥寧

（國家能源集團寧夏煤業有限責任公司，寧夏銀川 750002）

0 引言

隨著國家能源寧夏煤業有限公司各主力礦井開拓深度的不斷增加，輔助運輸系統呈現了坡度大、運距長的特點，其中紅柳煤礦最大坡道達到16°、羊場灣煤礦更為惡劣，不僅坡度大，而且單程運距達到15 km。無軌膠輪車在下井運送材料時頻繁制動，一方面造成制動器內摩擦片早期磨損，另一方面下長坡連續制動會導致制動器溫升過高造成摩擦片熱衰退甚至制動失靈。

早在2012年頒布的GB 7258—2012《機動車運行安全技術條件》規定了總質量≥12 t的貨車或專項作業車應裝備緩速器或其他輔助制動裝置。

煤礦常用的5 t材料車滿載質量約為14 t、8 t材料車約為18 t，井下巷道路面行駛工況的惡劣和復雜程度較地面公路要嚴重很多，所以為了保證煤礦井下無軌運輸的安全運行，為無軌膠輪車設計液力緩速系統作為輔助制動裝置很有必要。

1 液力緩速器的原理和優點

液力緩速器的原理如圖1所示，它只有兩個工作輪（動輪和定輪）而且工作輪中的葉片是平面徑向的，它本質上是工作在i=0工況的偶合器（偶合器的兩個工作輪稱為泵輪和渦輪），輸入的功率全部被偶合器吸收，變為工作液體的熱能，在這個過程中無機械的摩擦和磨損[1]。液力緩速器在結構上，動輪和傳動系統的運動部件聯結，定輪固定于殼體并安裝在變速箱或者膠輪車的機架上。

液力緩速器是通過改變工作腔油液壓力和容積來實現制動的。車輛正常行駛時，工作腔內沒有油液，由于動輪和定輪彼此不接觸，所以沒有制動扭矩，需要實施緩速制動時，通過壓縮空氣將油液充入工作腔，由于定輪是固定的，動輪葉片旋轉推動油液產生的動能將以油液摩擦的形式轉變為熱能，表現為油液的溫升，制動扭矩則是油液反作用于動輪而產生，制動扭矩的大小取決于充入工作腔的油液的壓力和容積。

采用液力緩速的方式實施制動有以下優點：

（1）提高安全性：下坡時采用液力緩速制動，減輕了工作制動負擔，提高了車輛行駛安全性。

（2）提高運輸效率：下坡時液力緩速制動力和下滑力平衡，無軌膠輪車可以以更高的車速下坡，提高運輸效率。

圖1 液力緩速器原理

（3）提高舒適性：采用液力緩速器后，大幅減少了制動踏板的操作頻次，減輕了駕駛員駕駛操作強度，同時由于是柔性制動，減少了慣性沖擊，提高了車輛的舒適性。

2 無軌膠輪車的液力緩速系統

無軌膠輪車液力緩速系統要在符合《煤礦安全規程》的前提下設計符合煤礦井下車輛運行工況的輔助制動裝置，液力緩速系統原理如圖2所示。

2.1 液力緩速器的布置

不同的車型緩速器布置形式有所區別，可以采用并聯式，也可以采用串聯式。本文所涉及的5 t材料車采用串聯式布置，將緩速器布置在后機架傳動軸過橋位置，通過傳動軸分別連接變速箱輸出和驅動橋輸入。

為了保證冷卻循環水路的可靠運行，水路不經過鉸接轉向的機架，而是將液力緩速器的換熱器與緩速器本體分離，安裝于前機架內部，這樣水路的循環變短而且不易被磨損。

2.2 液力緩速器的控制

圖2 液力緩速系統原理

液力緩速器是通過氣壓來改變工作腔油液壓力和容積來實現制動的，比例減壓閥可以連續的控制輸出壓力。當無軌車連續下坡時，通過比例減壓閥來控制緩速器的制動力，實現勻速平穩下坡。氣壓控制也可以做成擋位調節式，通過不同的擋位（每個擋位有不同的輸出氣壓，每個氣壓對應相應的制動力），每個擋位的氣壓輸出通過氣壓調節閥來設定，這種控制方式適合路線固定的工況。

2.3 液力緩速器的冷卻

液力緩速器將制動產生的熱能通過油液傳遞到換熱器，轉換為冷卻水路的熱量。這個高溫水要通過散熱器來冷卻，由于散熱功率較大，所以串聯接入柴油機的散熱系統，保證最大能力的散熱。

為此需要將柴油機內置的節溫器拿掉并堵死，用外置節溫器來控制水循環，接法如圖2所示。剛啟車時，節溫器處在小循環位置，水循環為：水泵→柴油機缸體→換熱器→節溫器→水泵，隨著柴油機溫度迅速上升，節溫器打開，水循環為：水泵→柴油機缸體→換熱器→節溫器→散熱器→水泵，圖2中節溫器位置即為大循環。

3 液力緩速器的扭矩特性匹配設計

液力緩速器的制動扭矩特性是根據無軌膠輪車的運行工況需要來進行設計的，5 t材料車緩速制動工況為下坡滿載，此時緩速器的平衡扭矩為：

為了保證設計目標和使用可靠性，緩速器的最大扭矩可以留有20%以上的余量，這樣其設計最大扭矩應≥950 N·m，匹配后的特性曲線如圖3所示。

4 無軌膠輪車液力緩速器裝車應用

配備緩速系統的整車布置如圖4所示，液力緩速器采用串聯式布置，安裝于后機架過橋位置，在變速箱輸出軸和驅動橋輸入軸之間。這樣做的好處是，緩速器作為獨立部件替代原車過橋支撐，有效利用車架內部空間。為了保證柴油機水循環的可靠運行，將換熱器布置在柴油機附近，這樣一方面縮短了水管的長度，另一方面避免水管通過鉸接造成破損。

緩速系統的控制采用了多擋式氣壓控制的方式，這樣控制系統較為簡單，根據不同的坡道來調整擋位，氣壓調節式通過壓力調節閥控制。

實車裝車照片如圖5和圖6所示。

圖3 液力緩速器扭矩特性曲線

圖4 整車布置

圖5 液力緩速器裝車照片1

圖6 液力緩速器裝車照片2

5 應用效果

目前該液力緩速系統試驗成功后實現批量裝車100多臺套，在寧夏煤業各主力礦井投放使用超過6個月，對制動系統改善明顯，之前摩擦片不到3個月就要更換、制動器因高溫經常漏油或熱衰退，配備液力緩速器后，經查驗摩擦片基本無磨損，制動器未出現之前常見的漏油和熱衰退現象。

液力緩速器的成功批量運用表明，對于坡度大、距離長的輔助運輸工況，用液力緩速器為車輛提供輔助制動，大大降低了工作制動的使用頻率，從根本上解決了制動器過早磨損和熱衰退問題，保證了車輛安全可靠行駛。